Sicherheit an kollaborierenden Robotern

Zusammenfassung

Überblick

Kollaborierende Roboter arbeiten ohne schützende Zäune direkt mit dem Menschen zusammen. Dies bietet neue Gestaltungsmöglichkeiten von Arbeitsplätzen zur Unterstützung menschlicher Tätigkeiten. Dadurch kann Arbeit weniger belastend und ergonomisch günstiger werden. Eine wesentliche Rolle kommt dabei der Gestaltung von Sicherheitsvorkehrungen zu: sowohl produkttechnische Merkmale der Roboter sind zu berücksichtigen, als auch die Auswahl von Werkzeugen und zu bearbeitenden Werkstücken. Außerdem spielt die Qualifizierung der Mitarbeiter eine wesentliche Rolle. So kommt etwa dem Design der Roboteranlagen, der Begrenzung von Nutzlasten und intelligenter Softwaresteuerung zur Kollisionsvermeidung eine große Bedeutung zu. Normen und gesetzliche Regularien geben Orientierung bei der Einführung und Nutzung kollaborierender Roboter. Hersteller, Betreiber und die an kollaborierenden Robotern arbeitenden Mitarbeiter tragen die Verantwortung für den sicheren Einsatz.

Gesetze, Vorschriften und Rechtsprechung

• Maschinenrichtlinie 2006/42/EG
• ISO/TS 15066 "Roboter und Robotikgeräte – Kollaborierende Roboter"
• EN ISO 10218 Teil 1 und 2 "Industrieroboter – Sicherheitsanforderungen"
• EN ISO 11161 "Integrierte Fertigungssysteme"
• EN ISO 12100 "Sicherheit von Maschinen – Allgemeine Gestaltungsleitsätze – Risikobeurteilung und Risikominderung"
• EN ISO 14121 "Sicherheit von Maschinen – Risikobeurteilung"
• EN ISO 13849 "Sicherheit von Maschinen – Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen"
• EN ISO 13855 "Sicherheit von Maschinen – Anordnung von Schutzeinrichtungen im Hinblick auf Annäherungsgeschwindigkeiten von Körperteilen"
• DIN EN 62061 "Funktionale Sicherheit von elektrischen Steuerungen"
• DGUV-V 1 "Grundsätze der Prävention"
• Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV)
• TRBS 1201 "Prüfungen und Kontrollen von Arbeitsmitteln und überwachungsbedürftigen Anlagen"
• VDE 0105-100 "Betrieb von elektrischen Anlagen – Teil 100: Allgemeine Festlegungen"

1 Merkmale kollaborierender Roboter

Kollaborierende Roboter^[1] sind dadurch charakterisiert, dass sie mit Menschen direkt zusammenarbeiten. Grundsätzlich gibt es mehrere Möglichkeiten, wie Menschen und Roboter in einem Raum arbeiten können. Die möglichen Formen sind in Abb. 1 gezeigt und werden anschließend beschrieben:

Möglichkeiten der Gestaltung von Arbeitsplätzen mit Robotern

Quelle: Boenisch, Peter; Deml, Barbara; Kölmel, Lena; Peifer, Yannick; Weber, Marc-André (2022): Mensch-Roboter- Kollaboration in der Praxis. Einsatzfelder, Potenziale und Akzeptanz aus arbeitswissenschaftlicher Perspektive. In: Leistung und Entgelt (4), S. 6-42.

Abb. 1: Möglichkeiten der Gestaltung von Arbeitsplätzen mit Robotern^[2]

Bei der Vollautomatisierung, die am weitesten bekannte und verbreitetste Form des industriellen Einsatzes von Robotern, arbeiten Mensch und Roboter in eigenen, räumlich getrennten Arbeitsbereichen. Der Roboter ist mit einem Schutzzaun umgeben, sodass der Mensch nicht in dessen Bereich gelangen und sich verletzen kann. Berührungen zwischen Mensch und Roboter sind somit ausgeschlossen.

Bei der partiellen Automatisierung entfällt dieser Schutzzaun. Mensch und Roboter arbeiten getrennt voneinander. Betritt der Mensch den Arbeitsbereich des Roboters, erkennt dieser den Mensch und stoppt umgehend seine Arbeit, um keine Gefährdung darzustellen.

Beide zuvor beschriebenen Varianten stehen für die Mensch-Roboter-Koexistenz, da grundsätzlich von getrennten Arbeitsräumen auszugehen ist, wohingegen die nachfolgend beschriebenen Varianten von einem gemeinsamen Arbeitsraum ausgehen.

Die Kooperation von Mensch und Roboter zeichnet sich dadurch aus, dass beide einen gemeinsamen Arbeitsbereich nutzen, jedoch Berührungen zwischen Mensch und Roboter – ebenso wie bei der Koexistenz – nicht erwünscht sind. I. d. R. liegt eine aufeinander folgende (sequenzielle) Arbeitsweise vor, jedoch ist auch eine parallele Arbeit möglich.

Praxis-Beispiel

Mensch-Roboter-Kooperation

Der Roboter legt ein Bauteil auf einem Werktisch ab und sobald der Roboterarm den Werktisch verlassen hat, kann der Mitarbeiter das Bauteil übernehmen.

In diesem Beitrag wird die Kollaboration zwischen Mensch und Roboter beschrieben (vgl. fünfte Spalte in Abb. 1). Bei dieser sind Berührungen zwischen Mensch und Roboter genauso möglich wie bei der Koexistenz ohne Schutzzaun und der Kooperation, jedoch sind sie hier für das Prozessziel explizit notwendig. Folglich liegt eine gleichzeitige (parallele) Arbeitsweise vor, in der keine Trennung der Arbeitsräume mehr vorgenommen wird, weil diese vermischt sind.

Praxis-Beispiel

Mensch-Roboter-Kollaboration

Der Mensch greift den Roboterarm, führt ihn an eine bestimmte Stelle über dem Werktisch und gibt dem Roboter so zu verstehen, dass er an dieser Stelle ein Bauteil greifen soll.^[3] Danach kann der Mitarbeiter fertige Bauteile, die er händisch bearbeitet hat, an diese Position legen und der Roboter greift sie von dort, um sie in Verpackungseinheiten zu legen.

Aus der Tatsache heraus, dass Berührungen zwischen Mensch und Roboter in kollaborierenden System...